Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике

Авторы патента:

G09B23/08 - в статистике или динамике

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известная составная конструкция состоит из двух стержней с постоянными размерами. Это не позволяет организовать учебно-исследовательскую работу обучающихся. В предложенной составной конструкции все участки стержней левой и правой частей выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на вертикальном участке стержня - вниз. Это позволило изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов и значительно улучшить их инженерную подготовку. 1 ил.

Известно устройство для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненное в виде составной конструкции с приложенными к ней внешними силами и моментами (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.260, рис.177, вар.11), состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, левая часть состоит из ломаного стержня, состоящего из вертикального, направленного вверх, и наклонного с левым уклоном участков, нижний конец вертикального участка стержня жестко заделан в горизонтальную плоскость, правая часть конструкции представляет собой прямолинейный стержень с правым уклоном, нижний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, вращательный шарнир которой лежит на одной горизонтали с плоскостью жесткой заделки, а ее катки расположены на горизонтальной площадке.

Основной недостаток известной составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике заключается в том, что она имеет постоянные размеры стержней (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры стержней, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей и сил взаимодействия частей конструкции от линейных размеров стержней.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержней составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике можно было изменять их длину и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненном в виде ломанообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, состоящего из вертикального, направленного вверх, и наклонного с левым уклоном участков, нижний конец вертикального участка стержня жестко заделан в горизонтальную плоскость, правая часть составной конструкции представляет собой прямолинейный стержень с правым уклоном, нижний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, вращательный шарнир которой лежит на одной горизонтали с плоскостью жесткой заделки, а ее катки расположены на горизонтальной площадке, согласно нашему предложению, все участки стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на вертикальном участке стержня - вниз.

Такое исполнение составной конструкции устройства для лабораторных исследований но теоретической механике позволило изменять размеры стержней и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) и сил взаимодействия частей конструкции от размеров стержней и их частей как теоретически, так и экспериментально.

На фиг. представлена схема составной конструкции устройства для лабораторных исследований но теоретической механике.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике выполнено в виде ломапообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром C.

Левая часть конструкции состоит из ломаного стержня ADC, состоящего из вертикального AD, направленного вверх, и наклонного DC с левым уклоном участков. Нижний конец A вертикального участка AD стержня жестко заделан в горизонтальную плоскость.

Правая часть конструкции представляет собой прямолинейный стержень CB с правым уклоном, нижний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, вращательный шарнир В которой лежит на одной горизонтали AB с плоскостью жесткой заделки, а ее катки расположены на горизонтальной площадке. Все участки стержней левой и правой частей выполнены телескопическими. При этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз но уклону, на вертикальном участке стержня - вниз. Например, стержень CD имеет наружный стержень 1 и клемму 2.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике работает следующим образом.

Силы, приложенные к составной конструкции устройства для лабораторных исследований по теоретической механике, образуют плоскую произвольную систему сил, находящуюся в равновесии. Для определения реакций опор (связей) и сил взаимодействия левой и правой частей конструкции используют, например, первую форму условий равновесия такой системы сил. Она заключается в следующем: для равновесия плоской произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма проекций действующих сил на каждую из координатных осей и алгебраическая сумма моментов относительно любого центра, лежащего в той же плоскости, должны быть равны нулю (F_kx=0, F_ky=0, ).

Если вычислять реакции опор и силы взаимодействия двух частей составной конструкции при постоянных размерах стержней прототипа, то получают их значения постоянными. В предложенной составной конструкции все части стержней выполнены телескопическими с клеммами на концах, но при сохранении действующих сил и моментов первые два условия равновесия при одних и тех же размерах стержней (F_kx=0, F_ky=0) будут давать в обоих случаях один и тот же результат. И только третье условие равновесия () при изменении длины стержней ступенчато и закреплении их с помощью клемм позволяет находить зависимости реакций опор и сил взаимодействия двух частей (ADC и CB) от размеров стержней. Если увеличивать длину телескопического соединения, например, расположенного выше точки A, то будет увеличиваться расстояние от точки приложения силы P₁ до шарнира A. Следовательно, можно решать задачу о зависимости величин реакций опор от изменения расстояния от точки приложения силы P₁ до точки A. Одновременно будет изменяться размер плеча силы P₂ относительно и точки A, относительно которой при решении задачи следует составлять уравнение равновесия моментов сил, приложенных ко всей конструкции (). Увеличение размеров плеч сил будет наблюдаться и при изменении размеров остальных телескопических соединений. Следовательно, перед студентами (обучающимися) можно ставить несколько учебно-исследовательских задач. Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально, сравнивая результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена. Предложенная составная конструкция устройства для лабораторных исследований по теоретической механике позволяет изменять размеры стержней и организовывать учебно-исследовательскую работу студентов младших курсов (1-го и 2-го), значительно улучшая их инженерную подготовку.

Устройство для лабораторных исследований по теоретической механике, выполненное в виде ломанообразной составной конструкции с жесткой заделкой и шарнирно-подвижной опорой, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой вращательным шарниром, при этом левая часть составной конструкции состоит из ломаного стержня, состоящего из вертикального, направленного вверх, и наклонного с левым уклоном участков, нижний конец вертикального участка стержня жестко заделан в горизонтальную плоскость, правая часть составной конструкции представляет собой прямолинейный стержень с правым уклоном, нижний конец которого связан с шарнирно-подвижной опорой, вращательный шарнир которой лежит на одной горизонтали с плоскостью жесткой заделки, а ее катки расположены на горизонтальной площадке, отличающееся тем, что все участки стержней левой и правой частей составной конструкции выполнены телескопическими, при этом внешние стержни всех телескопических соединений снабжены клеммами на концах, направленными на наклонных участках стержней вниз по уклону, на вертикальном участке стержня - вниз.